复杂信号通路参与调控水稻粒重相关基因研究进展

水稻粒重是决定水稻单株产量的重要因素之一。过去 20 年对水稻粒重的研究方兴未艾,运用分子 生物学、遗传学等手段对水稻粒重和粒型进行研究,目前已有多条复杂信号通路调控途径被揭示。水稻粒重的 研究大大拓展了人们对水稻种子细胞发育过程细胞分裂、分化及灌浆的动态变化研究和认识。迄今为止,包括 泛素化途径、G- 蛋白偶联途径、激素调控途径、光合作用调控途径、表观调控途径和 micro RNA 调控途径等大 量决定水稻粒重相关基因已被克隆和鉴定。综述了近年来对于参与水稻粒重影响因素及不同信号途径相关基因 的研究进展,分析多个利用现代基因编辑技术的成功案例,并且展望通过多种人工智能、大数据信息技术及新 型农业自动化无人技术和高效环境水土控制技术准确显著提高水稻产量和稻米品质、抗性的生物育种“4.0 时代”。 最后,提出基于智慧农业,推动我国农业高质量发展、乡村振兴的配套技术与现代分子生物学、遗传学及生物 信息学相结合、从理论到成果转化的未来发展方向。     

水稻籼粳杂种不育性的遗传机理及杂种优势利用

籼稻和粳稻是亚洲栽培稻的两个亚种,两者在形态、生理以及基因水平上存在显著差异,亚种间的遗传差异将会产生强大的杂种优势,能进一步提高水稻的产量潜力,但是,籼粳亚种间的 F1 杂种不育性严重阻碍了杂种优势的利用。杂种不育性是一种合子后生殖隔离,具有普遍性和复杂性,受多个不育基因座控制。广亲和品种的发现为克服亚种间杂种不育提供可能,该材料无论与籼稻还是粳稻杂交,F1 杂种都能正常结实或结实率较高。概述了籼稻与粳稻间差异,剖析了水稻籼粳亚种间杂种不育的遗传基础、已鉴定的杂种不育主效QTL 与基因,分析了已克隆杂种不育基因的分子作用机制及广亲和基因的功能。据此提出利用籼粳架桥培育亚种间渗入水稻、聚合育种培育广亲和系和粳型亲籼系,以及应用基因编辑技术创制广亲和系等途径,能够克服籼粳亚种间杂种不育性,精准化改良籼粳杂种的结实率,从而实现亚种间杂种优势的利用。籼粳亚种间杂交水稻的推广应用,将会推动水稻产业的又一次重大变革。     

功能性水稻研究进展及前景展望

功能性水稻的开发与推广应用,对改善我国以稻米为主食人群的营养与健康状况、促进我国农业 产业结构转变、提高农民种粮效益及助推乡村振兴具有重要意义。功能性水稻主要包括有色稻、低谷蛋白水稻、 高抗性淀粉水稻、富微营养水稻和药物制造生物反应器水稻等 5 大类。有色稻由于种子果皮积累花色素苷而呈 紫色或红褐色,有红米和黑米两大类,分别受 2 个和 3 个基因控制,是体弱者药食同源的重要滋补食品,国内 已育成一大批有色稻品种推广应用。低谷蛋白水稻由于稻米谷蛋白含量低,适于肾病患者作主粮使用,目前中 国和日本已育成多个品种用于商业化开发应用。高抗性淀粉水稻由于有部分淀粉无法被人体淀粉酶分解而不能 被肠道吸收,可降低糖尿病患者餐后血糖峰值,已成为糖尿病患者重要的主食,目前国内已育成多个品种推广 应用。富微营养水稻由于稻米特种维生素、有益微量元素等含量高而有益于不同缺素症患者治疗与保健,国内 外已育成以“黄金大米”为代表的多个富微营养水稻品种。药物制造生物反应器水稻利用水稻为药用重组蛋白、 多肽或其他生物活性物质生产平台,合成与提取目标功能成分物质,目前国内外都有成功报道,并已尝试进行 商业化开发应用。全球对功能性水稻的需求日益增大,功能性水稻研究具有广阔前景。功能性水稻育种未来将 从功能的单一型向复合型发展,由保健型向保健与辅助疗效相结合转变。多组学技术和常规育种相结合的方法, 不断挖掘与创制新种质以培育功能性水稻新品种,是功能性水稻研究的发展方向。     

高γ-氨基丁酸水稻及其米制食品开发应用研究进展

氨基丁酸（GABA）是一种动植物中普遍存在的四碳非蛋白质氨基酸。在哺乳动物中GABA是一种重要的抑制性神经递质，介导40%以上的抑制性神经传导，而在植物中GABA主要参与胁迫响应、调节碳氧平衡和传递信号等多种重要生命活动。富含GABA的稻米对人体具有调节血压、提高肝肾能力和改善睡眠质量等作用。本文综述了水稻品种间GABA含量差异、GABA代谢通路、GABA的保健功能、富集GABA的方法和国内外高GABA稻米的开发应用现状，并展望了高GABA水稻应用前景，以期为高GABA水稻育种及产品开发提供参考。